CN106348261A - 制氮装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种制氮装置，包括依次管道连接的空压机、冷干机、空气瓶、PSA系统和氮气瓶，空压机和冷干机之间管道连接有第一过滤组，冷干机与空气瓶之间管道连接有第二过滤组，空气瓶与PSA系统之间设置有催化净化器，氮气瓶包括进气口以及出气口，出气口后设置有主管路以及支管路，主管路与支管路的分叉处设置有两个放空阀组，每一组放空阀组包括有两个排气阀以及电磁阀，两个排气阀分设于主管路与支管路上，主管路于放空阀组之前的管路上还并联有用于检测氮气浓度的氮气分析仪，氮气分析仪信号连接于两个电磁阀上，本发明的目的是提供一种制氮装置，保障所排出的氮气保持高合格率，避免误排放。

Description

制氮装置

技术领域

本发明涉及制氮设备技术领域，特别涉及一种制氮装置。

背景技术

氮气，通常状况下是一种无色无味的气体，氮气比空气密度小，其化学性质不活泼，常温下很难跟其他物质发生反应。由于氮气的化学稳定性，其广泛应用于很多领域，例如，在汽车轮胎领域，氮气能起到提高轮胎行驶的稳定性和舒适性、防止爆胎和缺气碾行、延长轮胎使用寿命等作用。制氮方法有三类：即深冷空分制氮、变压吸附制氮和膜分离制氮。其中，变压吸附制氮是以空气为原料，用碳分子筛作吸附剂，利用碳分子筛对空气中的氧和氮选择吸附的特性，运用变压吸附原理而在常温下使氧和氮分离制取氮气。变压吸附制氮由于其便捷性而被广泛使用。

中国专利公告号为CN203238035U的专利中公开了一种均压的制氮系统，其通过在第一吸收塔和第二吸收塔之间设置有三组气动阀实现了上部以及中下部的均压制氮，制备出来的高纯度的氮气进入缓冲罐中，缓冲罐之后还设置有氮气分析仪用于检测氮气的浓度，并在后续过程中设置有用于排出不合格氮气的管道，从该方案中可以看出其仅仅在不合格氮气的排出管道上设置了气动阀，单个气动阀常会因为故障并不能锁死管道，在排气上带来一些误使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种制氮装置，保障所排出的氮气保持高合格率，避免误排放。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种制氮装置，包括依次管道连接的空压机、冷干机、空气瓶、PSA系统和氮气瓶，所述空压机和冷干机之间管道连接有第一过滤组，所述冷干机与空气瓶之间管道连接有第二过滤组，所述空气瓶与PSA系统之间设置有催化净化器，所述氮气瓶包括与PSA系统相接的进气口以及用于供氮气出气的出气口，所述出气口后设置有用于给供给合格氮气的主管路以及用于排放浓度不合格氮气的支管路，所述主管路与支管路的分叉处设置有两个放空阀组，每一组放空阀组包括有两个排气阀以及用于共同控制两个排气阀的电磁阀，两个所述排气阀分设于主管路与支管路上，两个放空阀组分设于主管路和支管路上的两个排气阀之间串联设置，所述主管路于放空阀组之前的管路上还并联有用于检测氮气浓度的氮气分析仪，所述氮气分析仪信号连接于两个电磁阀上。

采用上述结构，主管路用于供给质量合格的氮气，而支管路用于排放质量不合格的氮气，在主管路和支管路上设置了放空阀组，放空阀组由两个排气阀组成，两个排气阀分别用于隔断或者联通主管路和支管路，两个排气阀的开关均有电磁阀控制，而电磁阀受控于氮气分析仪，如果氮气分析仪获得的氮气浓度低于95%的话，则开启支管路的排气阀，关闭主管路的排气阀，将不合格的氮气排放于大气中，如果合格的话则相反，并且同时设定了两组放空阀组，两组放空阀组之间串联设置，即氮气分析仪测得浓度低于95%的话，同时开启支管路上的两个排气阀，两个主管路上的排气阀同时关闭，这样可以实现如果前一个主管路上的排气阀受损或者出现意外故障，其依旧有第二个排气阀作为密封，进一步避免了不合格浓度的氮气进入到供应设备中，使得该制氮装置更为可靠。

进一步的，所述氮气分析仪与主管路之间还设置有针形阀。

采用上述结构，利用针形阀控制进入氮气分析仪的氮气量，针形阀是一种精确调节类阀门，氮气分析仪可以获得小量的气体，而其大量的氮气往主管路流动。

进一步的，所述空压机与空气瓶之间并联有第三过滤组、冷干机与第四过滤组，所述第三过滤组连接于空压机，第四过滤组连接于空气瓶，所述第一过滤组与空压机之间以及第三过滤组与空压机之间设置有独立控制的截止阀。

采用上述结构，过滤组为一种消耗品，需要经常进行更换，在现在工业制氮设备中，正常应用下的过滤组的更换时效大致为半年一次，每一次更换都需要停机，而且算上更换的时间以及再次开机试运行的时间，使得该制氮设备的使用效率下降，所以在空压机和空气瓶之间并联了第三过滤组和第四过滤组，当第一过滤组和第二过滤组需要进行更换的时候，关闭该条管道的截止阀打开另一条管路的截止阀，该制氮装置可以24小时不停机的运行，而冷干机同样也是一种消耗设备，其内部需要不定期的加入液态的氟利昂，当冷干机的制冷作用下降时，也同样需要停机，所以同时增设一台冷干机作为备用，而且冷干机与第一过滤组和第二过滤组相连，可以简单的实现结构上的复制，工业上也很方便即可实现。

进一步的，所述空气瓶与氮气瓶之间并联有结构相同的催化净化器以及PSA系统，两个所述催化净化器与空气瓶之间分别设置有独立控制的其与空气瓶之间管路截止的截止阀，两个所述PSA系统与氮气瓶之间分别设置有独立控制的其与氮气瓶之间管路截止的截止阀。

采用上述结构，PSA系统主要的设备即为两个吸附塔，吸附塔内部设置有大量平铺的活性炭，活性炭的性能在长期使用过程中也会有下降，活性炭的性能下降直接导致了氮气的浓度下降，更换活性炭同样会花费很多的时间，所以在此处同时设置有两组PSA系统，同理于催化净化器，催化净化器通过内部的化学物质与空气中一些杂质气体实现化学反应而去除，催化净化器也为一种需要更替产品，所以同样设置有备用的催化净化器，而且催化净化器与PSA系统之间连接，两者的复制同样简单，保证了设备制作上的简便的同时，保持了制氮装备不停机运行的同时还可以实现维修。

进一步的，所述PSA系统包括有第一吸附塔、第二吸附塔，所述第一吸附塔和第二吸附塔的进气口和出气口处分别设置有第一截止阀组和第二截止阀组，所述第一截止阀组用于截止或者联通催化净化器与第一吸附塔或者第二吸附塔，所述第二截止阀组用于截止或者联通氮气瓶，所述第二截止阀组设置为三通气动阀，所述PSA系统还设置有用于控制第一截止阀组和第二截止阀组开闭信号的控制中心。

采用上述结构，控制中心控制第一截止阀组实现第一吸附塔和第二吸附塔的交替工作，而第二截止阀设置为三通气动阀可以简化管理，当第一吸附塔出气时，即只需要控制三通气动阀打开第一吸附塔与氮气瓶之间的管路，管路简单，工作效率高。

进一步的，所述控制中心设置有纯度检测装置，所述控制中心与第一吸附塔和第二吸附塔之间设置有分别设置有联通管路以及位于该管路上的截止阀。

采用上述结构，当第一吸附塔出氮气的时候，控制第一吸附塔与控制中心的截止阀打开，控制中心即可检测到氮气的纯度，如果纯度达不到要求即通过转化第二吸附塔进行工作，达到高效高纯度制氮的目的。

进一步的，位于PSA系统与氮气瓶之间的截止阀以及位于催化净化器与空气瓶之间的截止阀受控于控制中心。

采用上述结构，当第一吸附塔和第二吸附塔制得的氮气的纯度始终低于标准值，控制中心控制PSA系统与氮气瓶之间的截止阀和位于催化净化器与空气瓶之间的截止阀切断，并打开备用的PSA系统与氮气瓶之间的截止阀以及催化净化器与空气瓶之间的截止阀，即可实现转化进行新一轮的生产。

进一步的，所述第一过滤组、第二过滤组、第三过滤组和第四过滤组均设置有压差显示仪。

采用上述结构，利用压差显示仪判断第一过滤组、第二过滤组、第三过滤组和第四过滤组的工作是不是正常，以此来判断是否需要更换和维修。

进一步的，所述主管路两个串联的排气阀之间与支管路两个串联的排气阀之间设置有连通道。

采用上述结构，如果主管路上的第一个排气阀出现泄露，不合格的气体可以从连通道进入到支管路中从支管路中位于后方的排气阀中通出。

附图说明

图1是整体的制氮装置系统图；

图2是PSA系统的示意图。

图中，1、空压机；2、第一过滤组；3、压差显示仪；4、冷干机；5、第二过滤组；6、空气瓶；7、催化净化器；8、控制中心；81、纯度检测装置；9、PSA系统；91、第一吸附塔；92、第二吸附塔；10、氮气瓶；11、减压阀；12、流量计；13、氮气分析仪；14、排气阀；15、电磁阀；16、放空阀组；17、支管路；18、主管路；19、连通道；20、第四过滤组；21、第三过滤组；22、消声器；23、第一截止阀组；24、第二截止阀组；25、针形阀。

具体实施方式

实施例，如图1所示，一种制氮装置，包括依次管道连接的空压机1、冷干机4、空气瓶6、PSA系统9以及氮气瓶10，所述空压机1和冷干机4之间设置有第一过滤组2，所述第一过滤组2有两个过滤器组成，所述冷干机4与空气瓶6之间设置有第二过滤组5，所述第二过滤组5仅为一个过滤器，所述第一过滤组2和第二过滤组5的每一个过滤器上均设置有压差显示仪3，所述空气瓶6与PSA系统9之间设置有催化净化器7，用于进一步净化空气，所述氮气瓶10之后设置有用于排出合格氮气的主管路18以及用于排出不合格氮气的支管路17，所述主管路18和支管路17的分叉处设置有放空阀组16，放空阀组16包括有两个排气阀14以及控制两个排气阀14的电磁阀15，该排气阀14优选采用气动角座阀，气动角座阀采用带弹簧安全保护的单作用气动执行机构来操作的导向角座阀，所述两个排气阀14分设与主管路18和支管路17上，所述电磁阀15用于控制气动角座阀的气动执行机构打开或者关系气动角座阀实现支管路17或者主管路18的导通或者截止，所述主管路18在放空阀组16之前设置有用于检测氮气浓度的氮气分析仪13，所述氮气分析仪13位于在主管路18上分设出的一条支路上且氮气分析仪13之前还设置有一用于控制流量的针形阀25，所述氮气瓶10与氮气分析仪13之间在主管路18上还依次串联有手动截止阀、减压阀11以及流量计12，为了保证了从放空阀组16主管路18上排出的氮气具有高合格率，在主管路18和支管路17的交叉处设置有两个串联的放空阀组16，即位于主管路18上的两个排气阀14相串联，位于支管路17上的两个排气阀14相串联，并且在主管路18上的两个排气阀14与支管路17上的两个排气阀14之间设置有连通道19。

如图2所示，所述PSA系统9包括有第一吸附塔91和第二吸附塔92，所述第一吸附塔91和第二吸附塔92均包括有进气口和出气口，所述第一吸附塔91和第二吸附塔92的进气口处设置有第一截止阀组23，所述第一吸附塔91和第二吸附塔92的出气口处设置有第二截止阀组24，所述第一截止阀组23包括有气动截止阀KV101、气动截止阀KV102、气动截止阀KV103、气动截止阀KV104和气动截止阀KV105，所述气动截止阀KV101设置于第一吸附塔91的进气口处，所述气动截止阀KV102设置于第二吸附塔92的进气口处，所述催化净化器7联通于气动截止阀KV101和气动截止阀KV102的公共端，在第一吸附塔91和第二吸附塔92的进气口处并联有气动截止阀KV103，气动截止阀KV103用于均衡第一吸附塔91和第二吸附塔92之间的压力，另外气动截止阀KV104和气动截止阀KV105同样并联于第一吸附塔91与第二吸附塔92的进气口处，气动截止阀KV104和气动截止阀KV105连接的公共端处设置有消声器22，所述第一吸附塔91和第二吸附塔92的出气口的第二截止阀组24设置为三通气动阀KV106，所述三通气动阀KV106的三个口分别连接于第一吸附塔91的出气口、第二吸附塔92的出气口和氮气瓶10的进气口，所述第一吸附塔91和第二吸附塔92的出气口处还并联有一条检测管道，该检测管道上串联有气动截止阀KV107和气动截止阀KV108，气动截止阀KV107与第一吸附塔91相连通，气动截止阀KV108与第二吸附塔92相联通，所述气动截止阀KV101-气动截止阀KV108均受控制于控制中心8，所述控制中心8上还设置有纯度检测装置81，用于检测第一吸附塔91和第二吸附塔92内所生产的氮气的纯度。

为了保证持续的生产，所以在本发明的技术方案对应于消耗件均设置了相应的备用件，在空压机1与空气瓶6之间并联有第三过滤组21、冷干机4和第四过滤组20，空压机1与第一过滤组2之间以及空压机1与第三过滤组21之间均设置有独立的截止阀，此处的截止阀采用手动截止阀V101和手动截止阀V102，所述第二过滤组5和第四过滤组20的公共端连接于空气瓶6，所述控制瓶与氮气瓶10之间同样设置有两套PSA系统9和催化净化器7，两套PSA系统9和催化净化器7之间为并联设置，所述空气瓶6与两个催化净化器7之间、所述氮气瓶10与两个PSA系统9之间分别设置有独立的截止阀，此处的截止阀可以设置为手动截止阀，也可以设置为气动截止阀，优选采用气动截止阀，本实施例中命名为气动截止阀KV109、气动截止阀KV110、气动截止阀KV111、气动截止阀KV112，该四个气动截止阀均信号连接于控制中心8。

初始状态下，手动截止阀V101处于开启状态，手动截止阀V102处于闭合状态，所述气动截止阀KV109、气动截止阀KV110开启，气动截止阀KV111和气动截止阀KV112闭合，空压机1作为动力原件将压缩气体从第一过滤组2、冷干机4、第二过滤组5进入空气瓶6，空气瓶6内的气体在通过催化净化器7进入PSA系统9，气动截止阀KV101处于打开状态时，气动截止阀KV102处于闭合，气体进入第一吸附塔91，由于将气体中的氮气分离出去，由于氮气比较轻会向上升，此时控制三通气动阀KV106导通第一吸附塔91和氮气瓶10，同时气动截止阀KV107打开使得加工完成的氮气进入控制中心8进行纯度检测，进入氮气瓶10之后通过减压阀11、流量计12，少量的氮气通过针形阀25进入氮气分析仪13，如果检测到的氮气纯度高于95%，则控制电磁阀15打开主管路18上的排气阀14进行送气，如果纯度低于95%的，则控制电磁阀15打开支管路17上的排气阀14并关闭主管路18上的排气阀14，使得不合格的氮气直接排入大气，如果位于主管路18上的前一个排气阀14有泄露，还依旧可以通过连通道19输送至支管路17上通过排气阀14送出。

当第一过滤组2和第二过滤组5的压差显示仪3显示异常或者冷干机4的冷却效果下降，则手动关闭手动截止阀V101，打开手动截止阀V102，压缩气体自动进入第三过滤组21，此时可以进行第一过滤组2、第二过滤组5以及冷干机4的维修，如果控制中心8的纯度检测装置81检测到氮气纯度下降的话，同时控制气动截止阀KV109和气动截止阀KV110关闭，打开气动截止阀KV112和气动截止阀KV113，此时可以对出问题的PSA系统9PSA或者催化净化器7进行维修。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种制氮装置，包括依次管道连接的空压机（1）、冷干机（4）、空气瓶（6）、PSA系统（9）和氮气瓶（10），所述空压机（1）和冷干机（4）之间管道连接有第一过滤组（2），所述冷干机（4）与空气瓶（6）之间管道连接有第二过滤组（5），所述空气瓶（6）与PSA系统（9）之间设置有催化净化器（7），其特征是，所述氮气瓶（10）包括与PSA系统（9）相接的进气口以及用于供氮气出气的出气口，所述出气口后设置有用于给供给合格氮气的主管路（18）以及用于排放浓度不合格氮气的支管路（17），所述主管路（18）与支管路（17）的分叉处设置有两个放空阀组（16），每一组放空阀组（16）包括有两个排气阀（14）以及用于共同控制两个排气阀（14）的电磁阀（15），两个所述排气阀（14）分设于主管路（18）与支管路（17）上，两个放空阀组（16）分设于主管路（18）和支管路（17）上的两个排气阀（14）之间串联设置，所述主管路（18）于放空阀组（16）之前的管路上还并联有用于检测氮气浓度的氮气分析仪（13），所述氮气分析仪（13）信号连接于两个电磁阀（15）上。

2.根据权利要求1所述的制氮装置，其特征是，所述氮气分析仪（13）与主管路（18）之间还设置有针形阀（25）。

3.根据权利要求1所述的制氮装置，其特征是，所述空压机（1）与空气瓶（6）之间并联有第三过滤组（21）、冷干机（4）与第四过滤组（20），所述第三过滤组（21）连接于空压机（1），第四过滤组（20）连接于空气瓶（6），所述第一过滤组（2）与空压机（1）之间以及第三过滤组（21）与空压机（1）之间设置有独立控制的截止阀。

4.根据权利要求3所述的制氮装置，其特征是，所述空气瓶（6）与氮气瓶（10）之间并联有结构相同的催化净化器（7）以及PSA系统（9），两个所述催化净化器（7）与空气瓶（6）之间分别设置有独立控制的其与空气瓶（6）之间管路截止的截止阀，两个所述PSA系统（9）与氮气瓶（10）之间分别设置有独立控制的其与氮气瓶（10）之间管路截止的截止阀。

5.根据权利要求4所述的制氮装置，其特征是，所述PSA系统（9）包括有第一吸附塔（91）、第二吸附塔（92），所述第一吸附塔（91）和第二吸附塔（92）的进气口和出气口处分别设置有第一截止阀组（23）和第二截止阀组（24），所述第一截止阀组（23）用于截止或者联通催化净化器（7）与第一吸附塔（91）或者第二吸附塔（92），所述第二截止阀组（24）用于截止或者联通氮气瓶（10），所述第二截止阀组（24）设置为三通气动阀，所述PSA系统（9）还设置有用于控制第一截止阀组（23）和第二截止阀组（24）开闭信号的控制中心（8）。

6.根据权利要求5所述的制氮装置，其特征是，所述控制中心（8）设置有纯度检测装置（81），所述控制中心（8）与第一吸附塔（91）和第二吸附塔（92）之间设置有分别设置有联通管路以及位于该管路上的截止阀。

7.根据权利要求6所述的制氮装置，其特征是，位于PSA系统（9）与氮气瓶（10）之间的截止阀以及位于催化净化器（7）与空气瓶（6）之间的截止阀受控于控制中心（8）。

8.根据权利要求7所述的制氮装置，其特征是，所述第一过滤组（2）、第二过滤组（5）、第三过滤组（21）和第四过滤组（20）均设置有压差显示仪（3）。

9.根据权利要求1所述的制氮装置，其特征是，所述主管路（18）两个串联的排气阀（14）之间与支管路（17）两个串联的排气阀（14）之间设置有连通道（19）。